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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zellenanordnung einer Mehrzahl von Batteriezellen, eine Batterie und eine Arbeitsvorrichtung, insbesondere ein Fahrzeug.
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Batteriezellen und insbesondere Lithiumionenzellen haben bei technischen Anwendungen eine steigende Bedeutung. Derartige Batteriezellen müssen häufig aus Sicherheitsgründen innerhalb einer bestimmten Temperatur-, Strom- und Spannungsspezifikation betrieben werden, um eine Gefährdung und mögliche Zerstörung der Zellen zu verhindern. Zur Einhaltung der entsprechenden Randbedingungen beim Betrieb derartiger Batteriezellen werden entsprechende Steuereinheiten eingesetzt, die auch als Batteriemanagementsystem (BMS) bezeichnet werden und die den Betrieb und insbesondere die Energieaufnahme und Energieabgabe der Batteriezellen, gerade auch in Abhängigkeit von äußeren Betriebsumständen, überwachen.
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Beim Eintritt in einen Grenzbereich reagiert ein BMS z.B. mit einem Abschalten der Batterie. Es kann eine Abschaltvorrichtung - wie z.B. ein Schütz - als zusätzliche Komponente ausgebildet sein.
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Mit derartigen Batteriemanagementsystemen können, auch wenn zusätzliche Abschaltvorrichtungen eingesetzt werden, jedoch nicht sämtliche inneren Betriebsumstände einzelner oder mehrerer Batteriezellen einer Zellenanordnung ausreichend berücksichtigt werden, so dass auch bei einer externen Abkopplung einer oder mehrerer Batteriezellen in einem Havariefall, innere Prozesse einzelner Batteriezellen oder von Gruppen von Batteriezellen zu einem thermischen Durchgehen führen können.
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Die Druckschriften
US 2016/0254521 ,
JP 2002-033134 und
JP 2012-043682 zeigen Beispiele derartiger Zellanordnungen im Zusammenhang mit Batteriepaketen und Batteriemodulen für mobile Einrichtungen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Zellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass unabhängig vom Betrieb eines Batteriemanagementsystems Situationen mit einem thermischen Durchgehen einzelner oder mehrerer Batteriezellen mit höherer Zuverlässigkeit vermieden werden können. Dies wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass eine Zellenanordnung einer Mehrzahl von Batteriezellen und insbesondere von Lithiumionenzellen mit serieller und/oder mit paralleler Verschaltung geschaffen wird, bei welcher (i) mindestens eine und insbesondere jede Batteriezelle mit einer parallel und in Sperrrichtung geschalteten Zehnerdiode ausgebildet ist, insbesondere mit einer Kathode der Zenerdiode in elektrischem Kontakt mit einer Anode einer Batteriezelle und mit einer Anode der Zenerdiode in elektrischem Kontakt mit einer Kathode der Batteriezelle, und (ii) mindestens ein und insbesondere jeder parallel geschaltete serielle Strang der Zellenanordnung mit einer eingangsseitigen und seriell geschalteten strombegrenzenden Sicherung ausgebildet ist. Mit diesen Maßnahmen können durch die jeweilige zellparallele Zenerdiode einerseits eine zellindividuelle Überspannung und durch die strangserielle Sicherung eine strangindividuelle Überspannung begrenzt werden.
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Die Sicherung hat die Funktion, den Strompfad zur Zelle, die eine Überspannung erfährt, abzutrennen. Ist eine Überspannung vorhanden, wird Strom über die Z-Diode abgeleitet. Ohne Z-Diode, würde auf Grund der Überspannung die Energie in der Batteriezelle in Wärme umgesetzt werden und zur Zerstörung der Batteriezelle mit möglicher exothermischer Reaktion führen. Diese Energie kommt aus einer benachbarten Zelle oder einem benachbarten Strang. Ohne eine erfindungsgemäß vorgesehene Sicherung würde die überschüssige Energie dauerhaft über die Z-Diode abfließen und zur Zerstörung der Z-Diode führen.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Zum Erzielen einer dauerhaften Aufrechterhaltung eines gesicherten Zustands der erfindungsgemäßen Zellenanordnung ist bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform eine jeweilige Sicherung dazu ausgebildet, eine irreversible Unterbrechung eines Strompfades und/oder irreversible Abtrennung eines parallel geschalteten seriellen Strangs der Zellenanordnung zu bewirken. Durch diese Maßnahme wird vermieden, dass ein havarierter und abgetrennter Teilstrang der Zellenanordnung wieder in den Prozess der Energieaufnahme oder -abgabe eingebunden wird und so zu weiteren Problemen führen kann, insbesondere Hinblick auf eine induzierte Kettenreaktion mit einem thermischen Durchgehen in anderen Teilsträngen der Zellenanordnung.
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Eine besonders einfache Konfiguration ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Zellenanordnung dann, wenn eine jeweilige Sicherung als Teil einer Sicherungsanordnung und vorzugsweise als Teil einer Leiterbahn oder eines Zellverbinders ausgebildet ist.
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Einerseits müssen in der Praxis Zellenanordnungen und insbesondere deren Verschaltung bestimmten Baugrößen und Designparametern genügen. Andererseits können bei der Steuerung und Regelung von Zellenanordnungen Stromlasten auftreten, die gesteigerte Baugrößen bei der Zenerdiode erfordern würden. Um diese gegenläufigen Anforderungen erfüllen zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zellenanordnung vorgesehen, dass eine jeweilige Zenerdiode als Teil einer Zenerdiodenschaltung ausgebildet ist, insbesondere mit einem Steuertransistor, welcher mit einem Kollektoranschluss mit der Kathode der Zenerdiode und mit einem Basisanschluss mit der Anode der Zenerdiode verbunden ist, sowie mit einem - insbesondere zur Zenerdiode seriell geschalteten - Steuerwiderstand, welcher mit dem Basisanschluss und einem Emitteranschluss des Steuertransistors verbunden ist.
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Zur Anpassung der erfindungsgemäßen Zellenanordnung an die jeweilige technische Anwendung und deren Betriebsbedingungen können verschiedene Maßnahmen in vorteilhafter Weise ergriffen und miteinander kombiniert werden.
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So ist es bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Zellenanordnung vorgesehen, dass eine jeweilige Sicherung und eine jeweilige Zenerdiode - und gegebenenfalls ein jeweiliger Steuertransistor und/oder ein jeweiliger Steuerwiderstand - in Bezug aufeinander und/oder in Bezug auf eine jeweilige Batteriezelle abgestimmt sind, so dass insbesondere eine an einer Batteriezelle anliegende elektrische Spannung und/oder ein durch eine Batteriezelle fließender elektrischer Strom jeweilige vorgegebene Schwellenwerte nicht überschreiten.
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Die Batteriezellen können als - insbesondere identische - Lithiumionenzellen ausgebildet sein.
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Alternativ oder zusätzlich dazu können die Batteriezellen in der Zellenanordnung einzeln und/oder gruppenweise matrixartig parallel und seriell miteinander verschaltet sein.
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Zusätzlich oder alternativ ist es ferner möglich, dass gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zellenanordnung die Batteriezellen in der Zellenanordnung als miteinander parallel verschaltete serielle Stränge ausgebildet und in jedem seriellen Strang seriell verschaltet sind.
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Die erfindungsgemäße Zellenanordnung kann auch als Zellenmodul aufgefasst werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Batterie, welche ein oder mehrere Zellenanordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Arbeitsvorrichtung geschaffen. Die erfindungsgemäße Arbeitsvorrichtung weist ein Aggregat zum Ausführen eines Arbeitsvorgangs auf und ist insbesondere als Antrieb ausgebildet. Die Arbeitsvorrichtung weist mindestens eine erfindungsgemäß ausgebildete Zellenanordnung und/oder eine erfindungsgemäß ausgestaltete Batterie auf, welche zur Versorgung des Aggregats zu dessen Betrieb mit elektrischer Energie ausgebildet sind.
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Die erfindungsgemäße Arbeitsvorrichtung kann insbesondere ein Fahrzeug sein, zum Beispiel ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug.
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Figurenliste
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.
- 1 und 2 zeigen schematisch Aspekte des Aufbaus und des Betriebs einer Ausführungsform herkömmlicher Zellenanordnungen mit matrixartig parallel und seriell verschalteten Batteriezellen.
- 3 zeigt schematisch eine Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Zellenanordnung mit einer Verschaltung Topologie, welche derjenigen aus den 1 und 2 entspricht.
- 4 und 5 zeigen schematisch Aspekte des Aufbaus und des Betriebs einer Ausführungsform herkömmlicher Zellenanordnungen mit parallel zueinander verschalteten Strängen seriell verschalteter Batteriezellen.
- 6 zeigt schematisch eine Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Zellenanordnung mit einer Verschaltung Topologie, welche derjenigen aus den 4 und 5 entspricht.
- 7 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Zenerdiodenschaltung mit parallelem Steuertransistor und seriellem Steuerwiderstand.
- 8 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ausgestaltungsform einer Sicherung im Zusammenhang mit einer Leiterbahn oder einem Zellverbinder.
- 9 illustriert schematisch Aspekte des Betriebs einer erfindungsgemäßen Zellenanordnung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 Ausführungsbeispiele der Erfindung und der technische Hintergrund im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
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Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
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1 und 2 zeigen schematisch Aspekte des Aufbaus und des Betriebs einer Ausführungsform herkömmlicher Zellenanordnungen 110' einer herkömmlichen Batterie 100' mit matrixartig parallel und seriell verschalteten Batteriezellen 10. Die Batteriezellen 10 werden nachfolgend unterschiedlich auch mit den Bezugszeichen 11 und 12 bezeichnet und weisen jeweils eine Anode 10a und eine Kathode 10k auf, auf welche synonym auch als Anodenanschluss bzw. als Kathodenanschluss Bezug genommen wird.
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Die Batteriezellen 10 der Anordnung 110' sind matrixartig miteinander seriell und parallel verschaltet, und zwar über serielle Leitungen oder Verbindungen 16 und parallele Leitungen oder Verbindungen 17.
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In 2 ist die herkömmliche Zellenanordnung 110' in einem Betriebszustand dargestellt, bei welchem die Batteriezelle 10 mit ihrer Anode 10a und ihrer Kathode 10k einen Kurzschluss 15 aufweist, zum Beispiel auf Grund einer Havarie, eines Unfalls oder durch Dendritenwachstum bei unsachgemäßem Betrieb oder durch Alterung. Auf Grund des Kurzschlusses 15 fließt ein vergleichsweise hoher Strom aus den mit dem strichpunktiert gezeichneten Kreis 2-1 markierten parallel geschalteten Batteriezellen 12 in die defekte Zelle 10, wodurch ein thermisches Durchgehen hervorgerufen werden kann. Auch die mit dem punktiert gezeichneten Kreis 2-2 markierte nachfolgende Zelle 11 wird gefährdet, nämlich aufgrund der erhöhten Zellspannung U2, welche durch die mit dem strichpunktiert gezeichneten Kreis 2-1 markierten parallel geschalteten Batteriezellen 12 hervorgerufen wird.
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3 zeigt schematisch eine Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Zellenanordnung 110 mit einer Verschaltungstopologie, welche derjenigen aus den 1 und 2 entspricht.
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Bei der Zellenanordnung 110 gemäß 3 wird das in den 1 und 2 aufgezeigte Problem einer möglichen Kettenreaktion des thermischen Durchgehens erfindungsgemäß dadurch vermieden, dass (i) jede der Batteriezellen 10, 11, 12 mit einer parallel geschalteten Zenerdiode 51, 51' verschaltet ist und das in jeder parallelen Zuleitung 17 für die seriellen Stränge S, S1, S2 eine strombegrenzende Sicherung 61, 61' ausgebildet ist. Die jeweilige Zenerdiode 51 bei der Zelle 11 bewirkt gemäß 3 das unterbinden der im Zusammenhang mit den 1 und 2 dargestellten Reaktion, indem die Zenerdiode 51 dafür sorgt, dass der erhöhte Strom bei Spannungen über einem Schwellenwert von zum Beispiel 4,3 V durchgeleitet wird, wobei die Sicherung 61 durch den erhöhten Strom ab einem bestimmten Schwellenwert ausgelöst wird, um dadurch den Stromkreis in der parallelen Leitung 17 zu unterbrechen. Die Zelle 11 kann somit nicht geschädigt werden und damit auch nicht zu einer weiteren Kettenreaktion beitragen.
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Aus 3 ist ersichtlich, dass dieser Schutzmechanismus für jede der Zellen 10, 11, 12 individuell erfolgt.
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4 und 5 zeigen schematisch Aspekte des Aufbaus und des Betriebs einer Ausführungsform herkömmlicher Zellenanordnungen 110' einer herkömmlichen Batterie 100' mit parallel zueinander verschalteten Strängen S, S1, S2, S3 zueinander seriell verschalteter Batteriezellen 10.
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Im Zusammenhang mit 5 ist ein Betriebszustand der herkömmlichen Zellenanordnung 110' aufgezeigt, bei welchem eine bestimmte Batteriezelle 10 mit Anode 10a und Kathode 10k einen Kurzschluss 15 aufweist. Dadurch liegt an der mit dem punktiert gezeichneten Kreis 5-2 gekennzeichneten Gruppe seriell zueinander geschalteter Batteriezellen 11 eine höhere Spannung an, die durch die dazu parallel geschalteten Zellen 12, die durch den strichpunktiert gezeichneten Kreis 5-1 markiert sind, erzeugt wird.
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6 zeigt schematisch eine Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Zellenanordnung 110 einer Batterie 100 mit einer Verschaltungstopologie, welche derjenigen aus den 4 und 5 entspricht.
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Bei der Ausführungsform gemäß 6 wird die Strom-Spannungsproblematik erfindungsgemäß wieder dadurch ausgeräumt, dass (a) jede der Zellen 10, 11, 12 der Zellenanordnung 110 mit einer parallel geschalteten Zehnerdiode 51, 51', 51-1, 51-2, 51-3 in den seriellen Leitungen 16 der Stränge S, S1, S2, S3 ausgestaltet ist und (b) in den parallelen Leitungen 17, also in jeder parallelen Zuleitung 17, eine strangindividuelle Sicherung 61, 61' eingangsseitig ausgebildet ist.
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Aufgrund dieser Maßnahmen kann mithilfe einer jeweiligen Zenerdiode 51', 51-1, 51-2, 51-3 und der Sicherungen 61, 61' für den seriellen Strang S und auch für alle anderen seriellen Stränge S1, S2, S3 eine Überspannung mit einem darauf folgenden thermischen Durchgehen verhindert werden.
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7 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Zenerdiodenschaltung 50 für eine Zenerdiode 51 mit Anode 51a und mit Kathode 51k sowie mit parallelem Steuertransistor 52 und seriellem Steuerwiderstand 53. Der Steuertransistor 52 weist eine Basis 52b, einen Kollektor 52k und einen Emitter 52e auf. Der Kollektor 52k ist mit der Kathode 51k der Zenerdiode 51 verbunden. Die Basis 52b ist mit der Anode 51a der Zenerdiode 51 verbunden. Der serielle Steuerwiderstand 53 ist zwischen der Basis 52b und dem Emitter 52e ausgebildet. Durch eine entsprechende Dimensionierung der Parameter der Zenerdiode 51, des Steuertransistors 52 und des Steuerwiderstands 53 kann für die Umgehung einer jeweiligen Batteriezelle 10 im Hinblick auf die Zenerdiode 51 eine höhere Stromlast erzielt werden, und zwar bei vergleichsweise geringer Baugröße für die Zenerdiode 51.
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8 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ausgestaltungsform einer Sicherung 61 im Zusammenhang mit einer Leiterbahn 62 oder einem Zellverbinder. Der Kern der Sicherung 61 wird dabei durch eine Verengung 63 in der Leiterbahn 62 oder im Zellverbinder bewirkt, wodurch auf Grund des erhöhten Widerstands zum Beispiel ein thermisches Durchschmelzen des Materials im Bereich der Verengung 63 mit einer entsprechenden Unterbrechung des Strompfads erreicht werden kann.
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9 illustriert schematisch Aspekte des Betriebs einer erfindungsgemäßen Zellenanordnung 110 einer erfindungsgemäßen Batterie 100, wobei erläutert wird, dass der Ausgleichsstrom la als Querstrom direkt und parallel benachbarter Batteriezellen 10 im Vergleich zum Laststrom I vergleichsweise gering ausgebildet ist.
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Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:
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Aktuelle Lithiumionenbatteriezellen 10 müssen aus Sicherheitsgründen innerhalb ihrer Spannungsspezifikation betrieben werden. Dabei ist eine untere und eine obere Spannungsgrenze einzuhalten. Durch ein Batteriemanagementsystem oder BMS als Steuereinheit, die in Form einer intelligenten Hardware das gesamte Batteriepack oder -modul 110 überwacht, werden diese Spannungsgrenzen eingehalten, um ein Überladen, d.h. ein Überschreiten der oberen Spannungsgrenze, oder Tiefentladen mit einer zu niedrigen Spannung zu verhindern.
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Das Laden nach einer Tiefentladung einer Lithiumbatteriezelle 10 kann zu einem Wachstum von Dendriten führen, die den Separator 26 beschädigen und/oder durchtrennen und somit einen internen Kurzschluss 15 in der Batteriezelle 10 verursachen können.
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Bei einer Überladung der Zelle 10 wird überschüssige Energie nicht mehr aufgenommen, sondern in Wärme umgewandelt und kann so zur Zerstörung der Zelle 10 mit einer heftigen exothermen Reaktion führen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einzelzellüberwachung zu ermöglichen, die unabhängig von einem BMS bzw. unabhängig von einem Gesamtsystem einen sicheren Betrieb eine Batteriezelle 10 erlaubt.
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Aktuelle Sicherheitssysteme schützen die Zellen als Gesamtsystem vor äußeren Einflüssen (Überladen, Tiefentladen) jedoch beispielsweise nicht bei internen Kurzschlüssen.
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Die vorliegende Erfindung bietet einen Schutz vor Überspannung einer einzelnen Zelle 10 unabhängig von benachbarten Zellen 10 und von äußeren Einflüssen.
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Als Vorteil ergibt sich aus der vorliegenden Erfindung, dass ein Schutz der einzelnen Zelle 10 vor Überspannung zellindividuellen gewährleistet werden kann und auch unabhängig davon, ob eine andere Zelle 10 im Umkreis ein thermisches Durchgehen (thermal runaway) zeigt und/oder eine lokal höhere Spannung erzeugt.
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Zunächst wird die Situation bei einer Parallelschaltung von Batteriezellen 10 behandelt, wie dies 1 dargestellt ist. Dort ist der Aufbau eines herkömmlichen Moduls 110' mit mehreren Lithiumionenzellen 10 gezeigt, die seriell und parallel miteinander verschaltet sind.
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Durch beispielsweise einen Nail-Penetration-Test wird eine Zelle 10 mit einem Nagel durchstoßen, um so die Auswirkung des möglichen Partikeleinschlusses während der Produktion der Zelle 10 nachzustellen. Die durchstoßene Zelle 10 erfährt einen Kurzschluss 15 und reagiert z.B. in einer exothermen Reaktion mit einem thermischen Durchgehen (thermal runaway), wie dies in 2 illustriert ist.
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Auf Grund des Kurzschlusses 15 fließt ein vergleichsweise hoher Strom aus den parallel geschalteten Zellen in die defekte Zelle und fördert damit die thermische Reaktion.
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Die nächste Zelle 11, markiert mit dem punktiert gezeichneten Kreis 2-2, die sich in Serie zur kurzgeschlossenen Zelle 10 befindet erfährt eine erhöhte Zellspannung U2, hervorgerufen durch die Zellen 12 im strichpunktiert gezeichneten Kreis 2-1, da sie mit dem Potential P1 direkt verbunden ist.
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Diese Zelle 11 wird überladen und es kommt zur womöglich nächsten exothermen Reaktion an dieser Zelle 11.
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Die so möglicherweise entstehende Kettenreaktion kann das ganze herkömmliche Batteriemodul oder -pack 110' betreffen.
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Mithilfe einer vergleichsweise wenig aufwendigen technischen Maßnahme, z.B. wie in 3 dargestellt, kann die unerwünschte Reaktion unterbunden werden.
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Eine Zenerdiode oder Z-Diode 51 sorgt dafür, dass der Strom bei Spannungen über 4,3V durchgeleitet wird. Durch diesen erhöhten Strom wird eine Sicherung 61 ausgelöst und somit der Stromkreis, der die Zelle 11 zerstören könnte, unterbrochen.
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Dieser Schutz wirkt für jede Zelle 10, 11, 12 einzeln - also zellindividuell - im System der Zellenanordnung 110, da jede der Zellen 10, 11, 12 der Zellenanordnung 110 eine eigene Sicherung 61, 61' und eine eigene Z-Diode 51, 51' aufweist.
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Nachfolgend wird eine Serienschaltung von Batteriezellen 10 behandelt. Dieses andere Szenario in Form einer seriellen Verschaltung von Batteriezellen 10 ist in 4 anhand einer herkömmlichen Zellenanordnung 110' gezeigt.
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In 5 wird anhand des vorhin erwähnten Beispiels des Nail-Penetration-Tests das Kurzschlussverhalten bei serieller Verschaltung einer herkömmlichen Zellenanordnung 110' dargestellt. Durch den Kurzschluss 15 einer Zelle 10 liegt eine höhere Spannung an den in Serie geschalteten Batteriezellen 11 an (markiert durch den punktiert gezeichneten Kreis 5-2), die durch die parallel geschalteten Zellen 12 erzeugt wird (markiert durch den strichpunktiert gezeichneten Kreis 5-1).
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6 zeigt, wie mithilfe einer Z-Diode 51, 51-1, 51-2, 51-3 und einer Sicherung 61 für jeden seriellen Strang S, S1, S2, S3 eine Überspannung und ein darauf mögliches thermisches Durchgehen (thermal runaway) verhindert werden.
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Die Z-Dioden 51-1, 51-2, 51-3 sehen die Zellspannung von vier seriell verschalteten Zellen 10, 11 anstatt von drei Zellen 11 durch den Kurzschluss 10 der einen Zelle 10. Die Sicherung 61 löst durch den erhöhten Strom aus und trennt somit den Strang S vom Batteriesystem 110. Die Batteriezellen 11 an den Zenerdioden 51-1, 51-2, 51-3 im Strang S sind vor Überladung geschützt.
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Falls die Sicherung 61 für höhere Ströme ausgelegt werden muss, kann eine Verschaltung nach Art einer Zenerdiodenschaltung 50, wie sie in 7 veranschaulicht wird, verwendet werden, um die maximalen Ströme durch die Z-Diode 51 zu erhöhen.
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Nachfolgend werden weitere Realisierungsmöglichkeiten beschrieben:
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Sicherung: Die Sicherungen 61 zwischen jeder Parallelverbindung der Zellen 10 kann auch durch gezielte mechanisch Verengung 63 der Leiterbahn 62 hergestellt werden, beispielsweise durch Ansägen der Leiterbahn 62, wie dies in 8 angedeutet ist.
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Z-Diode: Die Z- oder Zenerdiode 51 kann in den unterschiedlichsten Bauformen ausgeführt werden, beispielsweise in SMD-Technik, in Durchsteckmontage oder in höheren Leistungsversionen auch als Schraubanschluss, dies jedoch für höhere Sperrspannungen oberhalb von 15 V. Denkbar wäre auch eine Implementierung in der Batteriezelle 10 selbst.
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Nachfolgend wird eine Beispielauslegung für ein Batteriesystem 100 mit parallel verschalteten Zellen 10 und parallelen Sicherungen 61 beschrieben, wie sie z.B. allgemein in 3 illustriert ist.
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Die Ausgleichsströme la zweier parallel geschalteter Zellen 10 sind im Vergleich zu den Entlade- und Ladeströmen I der Zellen 10 vergleichsweise gering. Somit kann davon ausgegangen werden, dass die Spannung immer gleich ist und somit im Normalbetrieb kaum Querströme la fließen und damit die Sicherung nur im fehlerfall auslöst, wie dies in 9 angedeutet ist.
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Als Einsatzgebiete kommen zum Beispiel (A) alle Lithiumbatteriesysteme, die einen Überspannungsschutz und/oder Überladeschutz benötigen, und (B) alle Batteriesysteme, in denen die Zellen 10 parallel und/oder seriell verschaltet sind und diese vor Überspannung geschützt werden müssen, in Frage.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2016/0254521 [0005]
- JP 2002033134 [0005]
- JP 2012043682 [0005]
